No.31 水を加熱するときの容量計算

 「水を加熱したいが、何ワットあれば良いのか?」 これは、問い合わせ窓口や電話などから、とても多くある質問です。また、「大量の水を短時間で加熱したいが、電源は100V。」 という質問に対し、「何十kWにもなってしまい、100V電源では不可能です。」というような場合もよくあります。

 手計算で必要なワット数を計算するためには、水の比熱や密度、融解熱、蒸発熱などの知識が必要ですが、ここでは、理屈は抜きに、簡単に計算するやり方を説明します。

 【1】 水を加熱する容量(効率100%)

 放熱ロスなどを考えず、純粋に水の温度を上昇させるための計算です。
 まず、ここ をクリックして「Q&Aキット」の★ 熱の計算 水加熱の容量計算 を開いてください。
 上側の計算フォームを使用します。

 Akgの水を、B℃からC℃まで、D時間で加熱するという、A~Dの数値をそのまま入力して、[計算実行]をクリックするだけです。
 例えば、Dが10分の場合、10/60 というように、計算式も入力できます。

 氷・水蒸気の場合も計算できます。

 【2】 放熱ロスを含む容量計算

 実際の水加熱では、容器や水面からの放熱ロスがあります。これを考慮して必要な容量を算出するのは、かなり大変ですが、「Q&Aキット」で簡易計算できます。
 同じページの、下側の計算フォームを使用します。

 容器のフタ(なし/あり)、容器の断熱(なし/あり)を選択してから、【1】と同様にA~Dを入力して[計算実行]をクリックします。

 なお、容器のフタがなくて、浅い容器(容積のわりに液面が大きい)の場合は、立方体形状との液面面積の比率で、放熱ロスを大きくみてください。

 【3】 流水を加熱する場合

 毎分何リットル、などという流水の場合も、計算方法は全く同じです。10リットル/分 なら、10kg(約10リットル)の水を1分で温度上昇させる計算になります。
 配管部分の放熱ロスを計算するには、ここ をクリックして「Q&Aキット」の★ 熱の計算 放熱 を開いてください。
 上から3番目の計算フォームに、A~Jを入力して、[計算実行]をクリックします。

 【4】 保温する場合

 水の温度を上昇させる必要がない場合は、放熱ロスだけ考えることになります。容器や配管の外面からの放熱は、【3】と同様に、ここ をクリックして「Q&Aキット」の★ 熱の計算 放熱 の計算フォームを使用してください。
 容器の表面積の計算は、ここ をクリックして★ 図形の計算 立体図形 を使用すれば簡単です。
 【2】のような、容器に入った水の場合は、[加熱前の温度B:]に雰囲気温度、[加熱後の温度C:]に水温を入力して計算したときの、[水温Cのときの放熱G:]の値を使用してください。雰囲気温度が0℃より低い場合は、B = 0℃で計算したGに、(水温-雰囲気温度)/水温 の値を乗じてください。

 【5】 ヒーターの選定

 【1】~【4】で必要な容量を算出したら、その容量より大きいヒーターを選んでください。規格品は 「水用ヒーター電圧・容量別選定ガイド」 を参照してください。